(57)【要約】【課題】  本発明は、電極の構造を改善して効率を向上させる染料感応太陽電池及びその製造方法に関する。【解決手段】  本発明による染料感応太陽電池は、透光性物質からなる第１電極が第２電極と互いに対向配置され、第１電極には染料が吸着する多孔質膜が形成され、第２電極の第１電極と対向する面には凹凸が形成される。そして、第１電極と第２電極との間の空間には電解質を含浸する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性物質からなる第１電極；
前記第１電極に対向配置され、前記第１電極と対向する面に凹凸が形成された第２電極；
前記第１電極の前記第２電極と対向する面に形成される多孔質膜；
前記多孔質膜に吸着された染料；及び
前記第１電極と第２電極との間の空間に含浸された電解質；を含む染料感応太陽電池。
【請求項２】
前記第１電極に対向する前記第２電極の面は、表面粗度の自乗平均値が１ｎｍ〜１０μｍの範囲に含まれる、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項３】
前記第１電極に対向する前記第２電極面に形成された凹凸は、階段形状、針状、メッシュ形状、引っ掻き形状、及び傷痕状のうちの少なくともいずれか一つの形状を含む、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項４】
前記染料は、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｉｒを含む金属の錯体、又はＲｕ錯体のうちのいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項５】
前記多孔質膜は、平均粒径が１００ｎｍ以下である酸化物粒子を含む、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項６】
前記多孔質膜の酸化物粒子は平均粒径が１０〜４０ｎｍである、請求項５に記載の染料感応太陽電池。
【請求項７】
前記多孔質膜は導電性微粒子をさらに含む、請求項５に記載の染料感応太陽電池。
【請求項８】
前記多孔質膜は光散乱子をさらに含む、請求項５に記載の染料感応太陽電池。
【請求項９】
前記光散乱子は前記多孔質膜の酸化物粒子と同じ原料または同じ特性の物質からなり、平均粒径が１００ｎｍ以上である、請求項８に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１０】
前記第１電極は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）のうちのいずれか一つを含む透明基板と、前記基板を覆い、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含む導電性フィルムを含む、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１１】
前記第２電極は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）のうちのいずれか一つを含む透明基板と、前記基板上を覆い、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含む第１導電性フィルムと、前記第１導電性フィルム上を覆い、Ｐｔなどの貴金属物質を含む第２導電性フィルムを含む、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１２】
前記第２導電性フィルムは、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、及びＣのうちのいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１３】
第１電極の一方の面に多孔質膜を形成する段階；
前記多孔質膜に染料を吸着させる段階；
第２電極の一つの面に凹凸を形成する段階；及び
前記凹凸が形成された第２電極面と第１電極の多孔質膜とを互いに対向するように配置し、前記第１電極と第２電極との間に電解質を注入して密封する段階；
を含む染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記第２電極の一つの面に凹凸を形成する段階では、
前記第２電極の一方の面を研磨布で摩擦する方法、機械的に粗面化する方法、及び化学的にエッチングする方法のうちの少なくともいずれか一つの方法で凹凸を形成する、請求項１３に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記第２電極の一つの面に凹凸を形成する段階では、
前記第２電極の一方の面に、階段形状、針状、メッシュ形状、引っ掻き形状、及び傷痕状のうちの少なくともいずれか一つを含む凹凸を形成する、請求項１３に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記第２電極の一つの面に凹凸を形成する段階では、
透明基板を覆った第１導電性フィルムに凹凸を形成し、前記第１導電性フィルム上に第２導電性フィルムを蒸着させる、請求項１３に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記第２電極の一つの面に凹凸を形成する段階では、
透明基板を覆った第１導電性フィルムに引っ掻き加工を行って凹凸を形成し、前記第１導電性フィルム上に白金を蒸着させる、請求項１６に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は染料感応太陽電池及びその製造方法に係り、より詳しくは、電極の構造を改善して効率を向上する染料感応太陽電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
染料感応太陽電池は、光合成の原理を応用して太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する電池である。染料感応太陽電池は既存のシリコン太陽電池に比べて製作が容易であり、製造単価が安く、透明な電極を用いれば建物外壁のガラス窓やガラス温室などにも応用が可能であるという長所がある。従来の染料感応太陽電池の中の代表的な研究開発としては、スイス国立ローザンヌ工科大学（ＥＰＦＬ）のマイケルグレッチェル（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇｒａｅｔｚｅｌ）の研究がある。
【０００３】
染料感応太陽電池は、染料を吸着した金属酸化物を含んで形成される一つの電極と、前記電極から所定の間隔をおいて対向配置される他の電極とからなる。
【０００４】
しかし、このような染料感応太陽電池は光電変換効率が低く、実際に用いるには制限がある。このような問題を解決するためには、染料感応太陽電池の太陽光吸収率を増加させたり、染料の吸着量を高めなければならない。
【０００５】
このために、従来は、反射率の高い電極や光散乱子を用いて、入射光を長時間にわたって光電変換層内に留める方法、又は酸化還元反応を行う金属酸化物粒子をナノメートル水準の大きさに製造する方法などが用いられた。しかし、このような従来の方法では太陽電池の光電変換効率向上に限界があるため、効率向上のための新たな技術開発が切実に要求されているのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであって、電子の再結合を防止し、内部に入射した光を散乱させることによって効率を向上させることができる染料感応太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による染料感応太陽電池は、透光性物質からなる第１電極が第２電極と互いに対向配置され、第１電極には染料を吸着する多孔質膜が形成され、第２電極の第１電極と対向する面には凹凸が形成される。そして、第１電極と第２電極との間の空間には電解質を含浸する。
【０００８】
前記第２電極の第１電極対向面は、表面粗度の自乗平均値が１ｎｍ〜１０μｍの範囲に含まれる。
【０００９】
前記第２電極の第１電極と対向する面に形成される凹凸は、階段形状、針状、メッシュ（網）形状、引っ掻き傷状、及び傷痕状のうちの少なくともいずれか一つの形状を含むことができる。
【００１０】
前記染料は、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｉｒを含む金属の錯体、及びＲｕ錯体のうちのいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００１１】
前記多孔質膜は、平均粒径が１００ｎｍ以下である酸化物粒子を含むことができ、前記酸化物の粒子は、平均粒径が１０〜４０ｎｍであるのが好ましい。前記多孔質膜は導電性微粒子をさらに含むことができる。そして、前記多孔質膜には、平均粒径が１００ｎｍ以上の範囲に属し、前記多孔質膜の酸化物粒子と同じ原料または同じ特性の物質からなる光散乱子（光を反射または屈折させる粒子など）をさらに含むことができる。
【００１２】
前記第１電極は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）のうちのいずれか一つを含む第1透明基板と、この第1透明基板を覆い、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含む導電性フィルムとを含むことができる。
【００１３】
前記第２電極は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）のうちのいずれか一つを含む第２透明基板と、この第２透明基板の上を覆い、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含む第１導電性フィルムと、前記第１導電性フィルム上を覆い、Ｐｔなどの貴金属物質を含む第２導電性フィルムとを含むことができる。
【００１４】
前記第２導電性フィルムは、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、及びＣのうちのいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００１５】
本発明では、第１電極の一方の面に多孔質膜を形成した後、前記多孔質膜に染料を吸着させる。そして、第２電極の一つの面に凹凸を形成する。次に、前記凹凸が形成された第２電極面と第１電極の多孔質膜とが互いに対向するように配置し、前記第１電極と第２電極との間に電解質を注入し、密封して、染料感応太陽電池を製造する。
【００１６】
前記第２電極の一つの面に凹凸を形成する段階では、前記第２電極の一つの面を研磨布で摩擦する方法、機械的に粗面化する方法、及び化学的にエッチングする方法、または、希望する凹凸と逆の凹凸を有する母型を使った型押し等のうちの少なくともいずれか一つの方法で凹凸を形成することができる。
【００１７】
前記第２電極の一つの面に凹凸を形成する段階では、前記第２電極の一つの面に、階段形状、針状、メッシュ形状、引っ掻き傷状、及び傷痕状のうちの少なくともいずれか一つを含む凹凸を形成することができる。
【００１８】
前記第２電極の一つの面に凹凸を形成する段階では、透明基板を覆った第１導電性フィルムに凹凸を形成し、前記第１導電性フィルム上に第２導電性フィルムを蒸着させることができる。この時、透明基板を覆った第１導電性フィルムに引っ掻きを行って凹凸を形成し、前記第１導電性フィルム上に白金を蒸着させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による染料感応太陽電池は、第２電極に凹凸が形成することによって入射した光を反射させたり散乱させたりする。つまり、太陽電池内部での光路を延長させ、このように反射したり散乱した光は再び電子の生成に寄与することができる。また、第２電極の一つの面に凹凸を形成することにより、電解質との接触面積を増加させて還元性を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明による染料感応太陽電池について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施例による染料感応太陽電池の構造を示した断面図である。
【００２２】
図１に示されているように、本発明による染料感応太陽電池は、第１電極１０と第２電極２０とが所定の間隔をおいて互いに対向配置され、第１電極１０の第２電極２０に対向する面には多孔質膜３０が形成され、多孔質膜３０は染料４０を吸着する。第１電極１０と第２電極２０との間の空間には電解質５０を収納する。
【００２３】
第１電極１０は透光性物質で構成される。第１電極１０は、第1透明基板１１と、 第1透明基板１１を覆う導電性フィルム１２とを含む。第1透明基板１１は、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと言う）、ポリエチレンナフタレート（以下、ＰＥＮと言う）、ポリカーボネート（以下、ＰＣと言う）、ポリプロピレン（以下、ＰＰと言う）、ポリイミド（以下、ＰＩと言う）、トリアセテートセルロース（以下、ＴＡＣと言う）のうちのいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含む。導電性フィルム１２は、酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＯと言う）、フッ素添加酸化スズ（以下、ＦＴＯと言う）ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含む。
【００２４】
第１電極１０の第２電極２０と対向する面には多孔質膜３０が形成される。多孔質膜３０は、ナノメートル水準（０．５乃至９９９ｎｍ）の平均粒径を有する酸化物粒子を含むことができ、例えば、多孔質膜３０の酸化物粒子としてＴｉＯ２を含む。多孔質膜３０に含まれる酸化物は、多孔質膜３０が高度の多孔性と適切な表面粗度を有するように、均一な粒径を有することが好ましい。このような多孔質膜３０の形態の例は、酸化物粒子を低温焼結したり、結着剤（バインダー）でまばらに結合させた網状膜であり、機械的強度は支持体である第1透明基板１１との結合によって与えられる。
【００２５】
多孔質膜３０に含まれる酸化物粒子は、平均粒径が１００ｎｍ以下であることができ、１０〜４０ｎｍであることが好ましい。多孔質膜３０に含まれる酸化物粒子の平均粒径が１０ｎｍ未満であると、接着力が不足して安定した多孔質膜を形成することができず、多孔質膜３０の酸化物粒子の平均粒径が４０ｎｍを超えると、染料を吸着する多孔質膜３０の表面積が減って光電変換効率が減少してしまう問題がある。
【００２６】
多孔質膜３０は、酸化物を含むペーストを第１電極１０の内面にコーティングした後、熱処理することによって形成できる。
【００２７】
ペーストをコーティングするためには、一般的にドクターブレード又はスクリーン印刷などの方法が用いられ、多孔質膜３０を透明膜に形成するためには、スピンコーティング又はスプレー方法が適用される。その他、一般的な湿式コーティング方法を適用することも可能である。コーティング法によってペーストの物性を変える。
【００２８】
ペーストの熱処理は、バインダーを添加した場合には４５０〜６００℃で３０分間行う。バインダーを添加しない場合には、２００℃以下の温度で熱処理することも可能である。
【００２９】
また、多孔質膜３０は、多孔性を維持するために高分子をさらに含むことができるが、この時、熱処理後に有機物が残存しない高分子を用いることが好ましい。適した高分子としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）などがある。このような高分子は塗布法などの塗布条件を考慮し、適切な分子量を有するものを選択して添加すればよい。多孔質膜３０に高分子を添加すれば多孔性が増加し、多孔質膜３０の分散性及び粘度を増加させて、成膜性及び基板との付着力などを向上させることができる。
【００３０】
そして、多孔質膜３０は、導電性微粒子又は光散乱子（ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）のうちの少なくともいずれか一つをさらに含むことができる。導電性微粒子は電子の移動を容易にする役割を果たすものであって、ＩＴＯなどからなることができる。光散乱子は、反射・屈折により光電変換層である多孔質膜３０内での光路を延長させて光電変換効率を向上させる役割を果たすものであって、多孔質膜の金属酸化物と同じ原料または同じ特性の物質からなることができ、平均粒径が１００ｎｍ以上に形成されることができる。
【００３１】
多孔質膜３０の酸化物の粒子表面には染料４０が吸着している。染料４０は、使用する光電変換用入射光（本実施例では可視光）を吸収できる物質からなり、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｉｒを含む金属の錯体、及びＲｕ錯体のうちのいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含むことができる。Ｒｕは白金族に属する元素であって、多くの有機金属複合化合物を形成ことができる元素である。なお、錯体（配位化合物）とは異なる金属複合体であってもよい。
【００３２】
太陽電池用に適した染料として最も一般的なものは、Ｒｕ（ｅｔｃ  ｂｐｙ）２（ＮＣＳ）２・２ＣＨ３ＣＮタイプである。ここで、ｅｔｃは（ＣＯＯＥｔ）２又は（ＣＯＯＨ）２であって、多孔質膜（例えば、ＴｉＯ２の網状膜）表面と結合できる反応基である。その他にも、可視光の長波長吸収を改善して効率を向上させる染料、及び、電子放出が容易な新たなタイプの染料を開発しており、染料の反応基を改善して電子と正孔の再結合を防止し、光電変換効率を向上させようとしている。
【００３３】
また、染料感応太陽電池の染料として、有機色素に対する研究も進められている。有機色素としては、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）、ポルフィリン（ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）、キサンチン（ｘａｎｔｈｅｎｅ）、リボフラビン（ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ）、トリフェニルメタン（ｔｒｉｐｈｅｎｙｌｍｅｔｈａｎ）などがある。有機色素は単独で用いることもでき、Ｒｕ錯体と混合して用いることもできる。有機色素は安価でありながらも素材が豊富であって、高い活用可能性を有している。また、有機色素を用いることによって、太陽光線に豊富な長波長の可視光吸収を改善することができ、効率を向上させることができる。
【００３４】
このような染料４０を多孔質膜３０に吸着させるためには、染料を溶解したアルコール溶液に、多孔質膜３０が結合された第１電極１０を１２時間程度浸漬させる。
【００３５】
そして、第１電極１０に対向配置される第２電極２０は、第２透明基板２１と、この 第２透明基板２１を覆う第１導電性フィルム２２とを含む。そして、第１導電性フィルム２２を覆う第２導電性フィルム２３をさらに含むことができる。 第２透明基板２１は、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣ、ＰＰ、ＰＩ、ＴＡＣのうちの少なくともいずれか一つを含むことができ、第１導電性フィルム２２は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含むことができる。そして、第２導電性フィルム２３は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、及びＣのうちのいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００３６】
Ｐｔ層からなる第２導電性フィルム２３を形成するためには、第１導電性フィルム２２上に有機溶剤（ＭｅＯＨ、ＥｔＯＨ、ＩＰＡなど）に溶解されたＨ２ＰｔＣｌ６溶液を湿式コーティング（スピンコーティング、浸漬コーティング、フロー（流し）コーティングなど）した後、４００℃以上の空気中又は酸素雰囲気で高温熱処理するなどの方法を用いる。その他にも、電解メッキ、スパッタリングや電子ビーム蒸着などのような物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法が適用できる。
【００３７】
本発明では、第１導電性フィルム２２の表面には凹凸が形成される。第２導電性フィルム２３をさらに含む場合には、第１導電性フィルム２２の凹凸形状に従って第２導電性フィルム２３にも凹凸が形成される。
【００３８】
比表面積と光散乱向上及び実際の工程を考慮して、凹凸が形成された面の表面粗度の自乗平均値は１ｎｍ以上で１０μｍ以下であることが好ましい。表面粗度の自乗平均値が１ｎｍ未満であると凹凸を形成する工程が難しくなり、光散乱率が低下する問題がある。そして、表面粗度の自乗平均値が１０μｍを超えると比表面積が減少する問題がある。
【００３９】
この時、凹凸は、階段形状、針状、メッシュ形状、引っ掻き傷状、及び傷痕状のうちの少なくともいずれか一つを含む構造を有することができる。このような凹凸を形成するためには、第１導電性フィルム２２に研磨布を摩擦させて引っ掻き傷を形成する方法、機械的に粗面化する方法、及び化学的にエッチングする方法、または、希望する凹凸と逆の凹凸を有する母型を使った型押し等のうちの、いずれか一つの方法を用いることができる。
【００４０】
電解質５０は、第１電極１０と第２電極２０との間の空間に含浸し、多孔質膜３０の内部に均一に分散されている。また、電解質５０はヨウ化物（ｉｏｄｉｄｅ）／三ヨウ化物（ｔｒｉｉｏｄｉｄｅ）対に酸化、還元によって第２電極２０から電子を受けて、染料４０に伝達する役割を果たす。太陽電池の電圧は、染料のエネルギー準位と電解質の酸化、還元準位の差によって決定される。
【００４１】
本発明による染料感応太陽電池は、前記第１電極１０及び第２電極２０を接着剤６０ａを用いて互いに接合させた後、第１電極１０及び第２電極２０を貫通する微細孔を形成し、この孔を介して二つの電極間の空間に電解質５０溶液を注入した後、再び孔の外部を接着剤６０ｂで密封して製造される。
【００４２】
接着剤６０ａ、６０ｂとしては熱可塑性高分子フィルムを用いることができるが、例えば、商品名ｓｕｒｌｙｎがある。このような熱可塑性高分子フィルムを二つの電極の間に位置させ、加熱圧着して密閉させる。接着剤６０ａ、６０ｂの他の種類としては、エポキシ樹脂又は紫外線（ＵＶ）硬化樹脂を用いることができ、この場合、熱処理又はＵＶ処理後に硬化することもできる。
【００４３】
このような染料感応太陽電池は、内部に太陽光が入射すれば、光量子はまず染料分子に吸収され、染料分子は基底状態から励起状態に電子を転移させて電子−正孔対を作る。励起状態の電子は、多孔質膜をなす遷移金属酸化物の伝導帯に注入されて移動が容易になり、第１電極を経て外部回路に流れた後、相対電極に移動する。一方、電解質内のヨウ化物（Ｉ−）が三ヨウ化物（Ｉ３−）に酸化されることによって、酸化されていた染料が還元され、三ヨウ化物（Ｉ３−）は、第２電極の界面に到達した電子と還元反応してヨウ化物（Ｉ−）に還元される。このような電子の移動により太陽電池が作動する。
【００４４】
本発明による染料感応太陽電池は第２電極に凹凸が形成されているので、第１電極を通じて入射した光は第２電極の凹凸によって反射したり散乱したりする。つまり、太陽電池内部での光路を延長させ、このように反射したり散乱した光は再び電子の生成に寄与することができる。
【００４５】
また、本発明では、第２電極２０の一つの面に凹凸を形成することにより、電解質との接触面積を増加させて還元性を増加させることができる。したがって、電子の再結合を防止することによって開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。ここで、電子の再結合とは、三ヨウ化物（Ｉ３−）が染料によって生成された電子と再結合することをいい、これは多孔質膜の金属酸化物の伝導帯に伝えられる電子を減少させる問題がある。
【００４６】
つまり、本発明による染料感応太陽電池は、第２電極の表面に凹凸を形成して光を散乱させるだけでなく、電子の再結合を抑制することによって開放電圧と短絡電流を増加させることができる。したがって、本発明による染料感応太陽電池は効率を向上させることができる。
【００４７】
以下、本発明の一実施例によって染料感応太陽電池を製造する方法についてより詳細に説明する。このような実施例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限られるわけではない。
【実施例】
【００４８】
実施例
第１電極として、ＩＴＯが形成された第１透明基板を用意する。ＩＴＯ上に７〜２５ｎｍ程度の平均粒径を有するＴｉＯ２粒子ペーストを、バーコーティング（ｂａｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）法で１ｃｍ２の面積に塗布し、４５０℃の温度で３０分間焼成して、約１５μｍ厚さの多孔質膜を形成した。
【００４９】
次に、０．３ｍＭのＲｕ（４，４’−ｄｉｃａｒｂｏｘｙ−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ）２（ＮＣＳ）２をエタノールに溶解した後、この溶液に多孔質膜が形成された第１電極を常温で１２時間以上浸漬させて、多孔質膜に染料を吸着させた。染料が吸着した多孔質膜をエタノールで洗浄し、常温で乾燥した。
【００５０】
次に、第２透明基板を覆ったＩＴＯの表面を引っ掻いて洗浄した後、スパッタリング装備を用いてＰｔを約２００ｎｍ厚さに蒸着させ、第２電極を製造した。そして、電解液注入のために、０．７５ｍｍ直径のドリルを用いて第２電極に微細孔を形成した。引っ掻き操作の後に測定された第２電極の表面粗度（自乗平均値）は約３００ｎｍであり、蒸着したＰｔ膜の表面抵抗は約２Ω/□であった。
【００５１】
このように製作された相対電極の表面を観測した写真を図２に示した。図示のように、実施例による染料感応太陽電池では相対電極の表面に引っ掻き傷が多く、粗度が粗いことが分かる。
【００５２】
次に、凹凸が形成された第２電極面と第１電極の多孔質膜とが互いに対向するように配置した後、第１電極と第２電極の各周縁間に６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルム６０ａを挟み、１００℃で９秒間圧着して二つの電極を接合させた。そして、第２電極に形成された微細孔（接着剤６０b直下の孔）を介して電解質を注入し、カバーガラスと熱可塑性高分子フィルムを用いて微細孔を閉鎖して染料感応太陽電池を製造した。この時の電解質は、２１．９２８ｇのテトラプロピルアンモニウムヨウ化物と１．９３１ｇのＩ２をエチレンカーボネート８０％、アセトニトリル２０％からなる溶媒に溶解したものを用いた。
【００５３】
比較例
第２電極の製造時にＩＴＯ表面を引っ掻かない点を除けば、実施例と同様な方法で染料感応太陽電池を製造した。
【００５４】
図３は、比較例及び実施例による染料感応太陽電池の電圧−電流を示したグラフである。図３の（ａ）は、比較例による染料感応太陽電池の電圧−電流曲線であり、図３の（ｂ）は、実施例による染料感応太陽電池の電圧−電流曲線である。これは１００ｍＷ/ｃｍ２の照射光をＳｉ標準セルで補正して電流及び電圧を測定したものである。
【００５５】
前記電圧−電流曲線より、実施例による染料感応太陽電池及び比較例による染料感応太陽電池の効率、開放電圧、短絡電流、充填密度などを評価した。
【００５６】
実施例による染料感応太陽電池は、効率４．５％、開放電圧０．７０Ｖ、短絡電流１１．８４ｍＡ/ｃｍ２、充填密度０．５５を示した。そして、比較例による染料感応太陽電池は、効率４．０５％、開放電圧０．６７Ｖ、短絡電流１０．８１ｍＡ/ｃｍ２、充填密度０.５５を示した。
【００５７】
つまり、実施例による染料感応太陽電池は比較例による染料感応太陽電池より効率が高く、特に、開放電圧と短絡電流が高いことが分かる。これは、実施例による染料感応太陽電池では相対電極の表面に形成された凹凸により電子の再結合が抑制され、凹凸によって散乱した光でより多くの染料を励起することができたからである。
【００５８】
そして、波長３８０〜１１００ｎｍの範囲で、実施例による染料感応太陽電池と比較例による染料感応太陽電池の各反射率を測定した。実施例による染料感応太陽電池は反射率が２７．４％、比較例による染料感応太陽電池の反射率は５３．１％であった。実施例の方が比較例より小さい反射率を有することが分かる。つまり、実施例では外部から入射した光を反射するだけでなく散乱させることにより、入射した光の光路を延長する役割を果たすことが分かる。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これらもまた本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例による染料感応太陽電池の構造を示した断面図である。
【図２】本発明の実施例による染料感応太陽電池の相対電極表面を撮影した写真である。
【図３】本発明の実施例及び比較例による染料感応太陽電池の電圧−電流を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６１】
１０    第１電極
１１    第１透明基板
１２    導電性フィルム
２０    第２電極
２１    第２透明基板
２２    第１導電性フィルム
２３    第２導電性フィルム
３０    多孔質膜
４０    染料
５０    電解質
６０ａ  接着用の熱可塑性高分子フィルム
６０ｂ  注入孔封止用の接着剤
【図１】
2005222941.tif 000003
【図２】
2005222941.tif 000004
【図３】
2005222941.tif 000005